第二章 晶体三极管2.ppt

模拟电子技术基础
安徽理工大学电气工程系
主讲:黄友锐
第四讲
场效应半导体三极管
绝缘栅场效应三极管的工作原理
伏安特性曲线
结型场效应三极管
场效应三极管的参数和型号
双极型和场效应型三极管的比较
场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。
从场效应三极管的结构来划分,它有两大类。
1. 结型场效应三极管JFET
(Junction type Field Effect Transister)
2. 绝缘栅型场效应三极管IGFET
( Insulated Gate Field Effect Transister)
IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET
(Metal Oxide Semiconductor FET)
N沟道增强型MOS管的结构示意图和符号见图 。其中:D ( Drain )为漏极,相当于集电极C;G ( Gate )为栅极,相当于基极B ; S ( Source ) 为源极,相当于发射极E。
绝缘栅场效应三极管的工作原理
绝缘栅型场效应管MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为:
增强型 N沟道、P沟道
耗尽型 N沟道、P沟道
N沟道增强型
MOSFET结构示意图
(动画2-3)
一个是漏极D,一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底,用符号B表示。
(1)N沟道增强型MOSFET
①结构
, N沟道增
强型MOSFET基本上是一种
左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,
当栅极加有电压时,若0<VGS<VGS(th)时,通过栅极和
衬底间的电容作用,将靠近栅极
下方的 P 型半导体中的空穴向下
方排斥,出现了一薄层负离子的
耗尽层。耗尽层中的少子将向表
层运动,但数量有限,不足以形
成沟道,将漏极和源极沟通,所
以不可能以形成漏极电流ID。
②工作原理

当VGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。
VGS对漏极电流的控制关系可用:ID=f(VGS)VDS=const
这一曲线描述,称为转移特性曲线,。
进一步增加VGS,当VGS>VGS(th)时(称为开启电压),此时的栅极电压已经比较强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层。
随着VGS的继续增加,ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VGS(th)后才会出现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。
(动画2-4)
VGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线
转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压
对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为mA/V,所以
gm也称为跨导。跨导的定义式如下
gm=ID/VGS VDS=const (单位mS)
ID=f(VGS)VDS=const

VDS=VDG+VGS
=-VGD+VGS
VGD=VGS-VDS
当VDS为0或较小时,相当VGS>VGS(th),沟道分布如图,此时VDS 基本均匀降落在沟道中,沟道呈斜线分布。
(a) 漏源电压VDS
对沟道的影响
(动画2-5)
当VGS>VGS(th),且固定为某一值时,来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。。根据此图可以有如下关系:
当VDS为0或较小时,相当VGS>VGS(th),沟道分布
(a),此时VDS 基本均匀降落在沟道中,沟道
呈斜线分布。
当VDS增加到使VGS=VGS(th)时,(b)所示。这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况,称为预夹断。
当VDS增加到VGSVGS(th)时,(c)所示。此时预夹断区域加长,伸向S极。 VDS增加部分基本降落在随之加长的夹断沟道上, ID基本趋于不变。
当VGS>VGS(th),且固定为某一值时, VDS对ID